(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上カバーと、ライナを介して当該上カバーと摺動するガイドリングとを備える水力機械の補修方法において、
前記ガイドリングをピット内に固定する手順と、
前記固定したガイドリングと同心の円軌道をレールで形成する手順と、
前記レール上を移動可能な台座に固定されたフライスによって、前記ガイドリングにおける前記ライナとの接触面を切削する手順とを備えることを特徴とする水力機械の補修方法。
【請求項２】
上カバーと、ライナを介して当該上カバーと摺動するガイドリングとを備える水力機械の補修方法において、
前記ガイドリングを前記水力機械から取り外す手順と、
前記上カバーと同心の円軌道をレールで形成する手順と、
前記レール上を移動可能な台座に固定されたフライスによって、前記上カバーにおける前記ライナとの接触面を切削する手順とを備えることを特徴とする水力機械の補修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフランシス型水力機械の補修方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にフランシス型水力機械は、ランナ及びガイドベーン等の可動部と、上カバー及び下カバー等の固定部とで構成されており、この可動部と固定部の境界である摺動部は、長時間の運転による劣化を避けることができない。ガイドベーンの操作機構であるガイドリング（可動部）は、ガイドベーンを操作するときにライナを介して上カバー（固定部）と摺動するが、その摺動部の劣化も例外ではない。この摺動部が劣化した場合には、正確な真円加工による補修が必要となるが、その補修加工は水車ピット内で行うことが難しい。そのため、ガイドリング及び上カバーを工場に返送して補修加工を行うことが一般的となっている。
【０００３】
しかし、ガイドリングや上カバーを取外すには発電機全体を分解する必要があるため、十年〜数十年に１度の大規模改修時以外には補修加工を行うことが難しい（一般に発電機の分解・組立てには合わせて約３ヶ月という期間が必要となる。）。また、水力機械設備の建設時から十年以上が経過したときには周辺の道路状況が一変していることも少なくなく、道路状況によっては大型部品であるガイドリングや上カバーを工場に返送できない場合もある。このような場合には、劣化による多少のガタツキを許容して、摺動部の補修を見送らなければならないことになる。
【０００４】
この種の課題を鑑みた水力機械として、ガイドリングと上カバーの摺動部に設置されるライナを径方向に移動可能に支持するガイドリング支えを備えたものがある（特許文献１等参照）。この水力機械では、ライナとガイドリング（又は上カバー）の摺動部が劣化してライナとガイドリング（又は上カバー）のギャップが大きくなったときには、ライナをガイドリング（又は上カバー）に近づけて両者のギャップを当初の大きさに戻すことで摺動部の補修を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭６０−１１６０７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記技術を利用するには、上記のようなガイドリング支えを有する水力機械を新設する必要があり、既存の水力機械に適用することはできない。さらに、ガイドリング支えによってライナとガイドリング（又は上カバー）のギャップを調整するだけでは、その摺動部に生じたガタツキ自体は補修できないので、根本的な補修が必要な場合には結局工場に返送する必要が生じてくる。
【０００７】
本発明の目的は、ガイドリングと上カバーの摺動部を現地ピット内で補修できる水力機械の補修方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明は、上記目的を達成するために、上カバーと、ライナを介して当該上カバーと摺動するガイドリングとを備える水力機械の補修方法において、前記ガイドリングをピット内に固定する手順と、前記固定したガイドリングと同心の円軌道をレールで形成する手順と、前記レール上を移動可能な台座に固定されたフライスによって、前記ガイドリングにおける前記ライナとの接触面を切削する手順とを備えるものとする。
【０００９】
（２）また、本発明は、上記目的を達成するために、上カバーと、ライナを介して当該上カバーと摺動するガイドリングとを備える水力機械の補修方法において、前記ガイドリングを前記水力機械から取り外す手順と、前記上カバーと同心の円軌道をレールで形成する手順と、前記レール上を移動可能な台座に固定されたフライスによって、前記上カバーにおける前記ライナとの接触面を切削する手順とを備えるものとする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、従来工場へ返送して行っていたガイドリングと上カバーの摺動部の補修を現地ピット内で行うことができるので、返送にかかる時間・コスト・人手を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係るフランシス型水力機械におけるガイドリング及び上カバー周辺の概略縦断面図。
【図２】図１において１点鎖線で囲んだ領域IIの拡大図。
【図３】ガイドリング２０上の面６０ａ（垂直面）の補修方法を説明する図。
【図４】図３における台座４及びフライス盤１５の上面図。
【図５】ガイドリング２０上の面６０ｂ（水平面）の補修方法を説明する図。
【図６】上カバー２１上の面６１ａ（垂直面）の補修方法を説明する図。
【図７】上カバー２１上の面６１ｂ（水平面）の補修方法を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態に係るフランシス型水力機械におけるガイドリング及び上カバー周辺の概略縦断面図である。この図に示すフランシス型水力機械は、ピット５０内に収納されており、水（作動流体）を受けて回転するランナ３１と、ランナ３１に連結された主軸３０と、主軸３０の軸受３９と、ランナ３１を上方から覆う上カバー２１と、ライナ４０を介して上カバー２１の上方に固定されたガイドリング２０と、ガイドリング２０に設けられた孔に挿入されたピン３８と、ランナ３１の径方向外側に設置されたガイドベーン３２と、ガイドベーン３２に連結されたステム３４と、ステム３４に連結されたアーム３５と、アーム３５に設けられた孔に挿入されたピン３７と、このピン３７とガイドリング２０のピン３８に架け渡されたリンク３６と、ガイドベーン３２のランナ径方向外側に設置されたステーベーン３３を備えている。
【００１３】
ガイドリング２０は、主軸３０を中心とした略環状の部材であり、動力源（図示せず（例えばサーボモータ））によって主軸３０を中心にランナ周方向に回転される。ガイドリング２０が回転されると、リンク３６を介してアーム３５がステム３４の軸周りに回転する。このようにアーム３５が回転すると、アーム３５と連結されたステム３４を介してガイドベーン３２が回転し、ガイドベーン３２の開度が変更される。
【００１４】
図１において１点鎖線で囲んだ領域IIは、ガイドベーン３２の開度を変更したときにガイドリング２０と上カバー２１が摺動する部分であり、図２はその拡大図である。
【００１５】
この図に示すように、ガイドリング２０と上カバー２１の間にはランナ径方向及びランナ軸方向に間隙が形成されている。当該ランナ径方向の間隙にはライナ４０ａが設置されており、当該ランナ軸方向の間隙にはライナ４０ｂが設置されている。ライナ４０ａ，４０ｂは、それぞれ、ガイドリング２０及び上カバー２１のいずれか一方に取り付けられており、ガイドリング２０の回動に伴ってガイドリング２０及び上カバー２１のいずれか一方と摺動する。これにより、ガイドリング２０又は上カバー２１とライナ４０ａ，４０ｂの摺動面と、ガイドリング２０又は上カバー２１におけるライナ４０ａ，４０ｂの取り付け面は、長時間の運転により劣化していく。
【００１６】
例えば、図２において、ライナ４０ａが上カバー２１に取り付けられている場合には、ガイドリング２０の面６０ａが摺動面になり、ライナ４０ａがガイドリング２０に取り付けられている場合には、上カバー２１の面６１ａが摺動面になる。また、ライナ４０ｂが上カバー２１に取り付けられている場合には、ガイドリング２０の面６０ｂが摺動面になり、ライナ４０ｂがガイドリング２０に取り付けられている場合には、上カバー２１の面６１ｂが摺動面になる。以下において、ライナ４０ａ，４０ｂとの摺動面と取り付け面が長時間の使用により劣化した場合に、これらをピット５０内で補修する方法について説明する。
【００１７】
図３は、ガイドリング２０上の面６０ａ（垂直面）の補修方法を説明する図であり、図１に示した水力機械から軸受３９を取り外した後の状態を示している。
【００１８】
この図において、ガイドリング２０は、水力機械から取り外された後に、複数の水平支柱１２と複数の垂直支柱１３を介してピット５０内に固定されている。
【００１９】
垂直支柱１３は、ガイドリング２０の鉛直荷重を支持するものであり、本実施の形態ではガイドリング２０においてピン３７が挿入されるフランジ部と上カバー２０の上面との間に設置されている。図３では、１本の垂直支柱１３が示されているだけであるが、垂直支柱１３は、ガイドリング２０の周方向に沿って、ガイドリング２０の鉛直荷重を支持するために充分な数（例えば３本以上）だけ設置されている。各垂直支柱１３は高さ調節が可能であり、各垂直支柱１３は補修対象面６０ａが略鉛直に保持されるように高さ調節されている。
【００２０】
水平支柱１２は、ガイドリング２０の水平面における位置を固定するものであり、ガイドリング２０とピット５０の内壁の間に略水平に架け渡されている。図３では、１本の水平支柱１２が示されているだけであるが、ガイドリング２０の位置を固定するために充分な数（例えば３本以上）の水平支柱１２が主軸３０を中心に略放射状に設置されている。各水平支柱１２は長さ調節が可能であり、必要に応じてガイドリング２０の位置を調節可能になっている。
【００２１】
レール７は、台座４（後述）の進路を誘導するためのもので、その軌道は主軸３０を取り囲む円状に形成されている。レール７は、その円軌道の中心軸がピット５０内に固定されたガイドリング２０の中心軸と一致するように（すなわち、円軌道がガイドリング２０と同心になるように）、複数の垂直支柱１１及び複数の調節ネジ８によって固定されている。本実施の形態におけるレール７は、円弧状の軌道を有する４つのレール部品が集合して形成されており、各レール部品は円軌道を４分の１に分割した円弧軌道を有している。なお、ガイドリング２０の周方向において隣り合うレール部品同士はボルト等で連結することが好ましい。
【００２２】
垂直支柱１１は、レール７の鉛直荷重の一部を支持するものである。図３では、１本の垂直支柱１１が示されているだけであるが、垂直支柱１１は、ガイドリング２０の周方向に沿って、レール７の鉛直荷重を支持するために充分な数（例えば、１つのレール部品について２本（合計８本））だけ設置されている。各垂直支柱１１は高さ調節が可能であり、各垂直支柱１３の高さは、レール７がガイドリング２０と同様に水平に保持されるように調節されている。
【００２３】
調節ネジ８は、レール７の円軌道の中心がガイドリング２０の中心に一致するように、レール７の水平方向位置を調節するためのものである。本実施の形態における調節ネジ８は、各レール部品の底面から下方に突出したフランジに設けた孔に取り付けられている。各調節ネジ８の端部は上カバー２１の内周面に当接しており、フランジに設けた孔に対する調節ネジ８のねじ込み量を変更することでレール７の水平方向位置を調節することができる。
【００２４】
レール７の上には台座４が取り付けられており、台座４には面６０ａを補修するための工作機械としてフライス盤１５が固定されている。図４は図３における台座４及びフライス盤１５の上面図である。
【００２５】
図３に示すように、本実施の形態におけるレール７の断面は凸形状をしており、台座４の断面はレール７の凸部分を挟み込むような逆Ｕ字型をしている。台座４の底面における水平部分にはベアリング９が設けられており、当該水平部分と隣接した垂直面にはベアリング１０が設けられている。このようにベアリング９，１０を設けて台座４をレール７の円軌道に沿って移動させると、ベアリング９，１０がレール７上を転動するので、台座４を円軌道に沿って円滑に移動させることができる。また、ベアリング９は台座４の鉛直方向の荷重を、ベアリング１０は台座４のランナ径方向の荷重を支える機能も有する。なお、台座４がレール７から外れることを防止する観点からは、レール７にベアリング１０が移動するための溝を設けることが好ましい。
【００２６】
台座４には、台座４を移動させるための移動機構６が取り付けられている。本実施の形態の移動機構６は、レール７上に設けられたギア溝１６（図４参照）と噛み合って転動するギア１７（図３参照）と、ギア１７に動力を与えるハンドル５を備えている。作業者によってハンドル５が回転されると、ギア１７がギア溝１６上を転動するので、台座４が円軌道に沿って移動する。
【００２７】
台座４には、その上面と、ランナ径方向の外側の側面にフライス盤１５を取り付けることができ、補修対象面６０ａ，６０ｂ，６１ａ，６１ｂの位置に合わせてフライス盤１５の取り付け位置を変更することができる。ここでは、台座４の上面にフライス盤１５が取り付けられている。なお、台座４とフライス盤１５の結合は、取り付け及び取り外しが可能なボルト等の結合手段を用いれば良い。
【００２８】
フライス盤１５には正面フライス１が取り付けられている。正面フライス１は、回転可能に支持された円盤部と、その円盤部の周囲に所定の間隔で取り付けられた複数の交換可能な刃を備えている。正面フライス１を回転させながら補修対象面（面６０ａ）に当接させると切削することができる。また、正面フライス１は、レール７の径方向に進退可能にフライス受け２に支持されており、フライス受け２は、鉛直方向に進退可能に本体３に支持されている。そのため、正面フライス１及びフライス受け２の位置を調節することで、補修加工したい位置に正面フライス１を正確に接触させることができる。なお、本実施の形態における正面フライス１は、フライス受け２に対して正面フライス１の軸方向（レール７の径方向）に設けた穴１８に収納されており、図示しない駆動機構によって適宜レール７の径方向に進退される。また、フライス受け２は、本体３に対してフライス受け２の軸方向（鉛直方向）に設けた穴１９内に収納されており、図示しない駆動機構によって適宜鉛直方向に進退される。
【００２９】
上記のように構成される補修装置を利用して、ガイドリング２０上の面６０ａを補修する場合には、まず、軸受３９とガイドリング２０を水力機械から取り外す。そして、取り外したガイドリング２０は、複数の水平支柱１２及び垂直支柱１３を利用してピット５０内に固定する。なお、ガイドリング２０を固定するときには、後続するレール７の位置合わせの手順を容易にする観点から、ガイドリング２０が水平に固定されるように各垂直支柱１３の高さを調節することが好ましい。
【００３０】
ガイドリング２０をピット５０内に固定する手順が完了したら、主軸３０の周りにガイドリング２０と同心の円軌道をレール７で形成する。具体的には、レール７によって形成される円軌道の中心軸がガイドリング２０の中心軸と一致するように、各垂直支柱１１の長さ及び各調節ネジ８のねじ込み量を適宜調節して、レール７を構成する４つのレール部品を固定する。
【００３１】
レール７を固定する手順が完了したら、レール７に台座４を取り付け、ガイドリング２０上の補修対象面６０ａに正面フライス１の刃が接触するように正面フライス１及びフライス受け２の位置を調節する。正面フライス１の位置合わせが完了したら、補修対象面６０ａの切削作業を開始し、適宜ハンドル５を動かしてレール７に沿って台座４を移動させ、補修対象面６０ａの真円加工を行う。これにより、ガイドリング２０を工場に返送することなく、ピット５０内で精度良く補修することができるので、返送にかかる時間・コスト・人手を削減することができる。また、ガイドリング２０の補修だけでなくライナの交換も容易にできるので、近年環境面への問題が指摘されている有鉛ライナを大規模改修を待たずに無鉛ライナ化することができる。
【００３２】
なお、上記の説明では、レール７の固定と台座４のレール７への取り付けは別の手順で行う旨記載したが、レール７を形成するレール部品のいずれかに台座４を取り付けたままレール７の位置を固定しても良い（後に図５〜７を用いて説明する例についても同様である）。
【００３３】
図５は、ガイドリング２０上の面６０ｂ（水平面）の補修方法を説明する図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略する（後の図も同様とする）。この図に示す例では、正面フライス１が上面を向くように、台座４の上面に対して本体３を取り付ける面を変更している。これにより、図４の場合と同じフライス盤１５を用いながらも、補修対象面６０ｂに正面フライス１を当接させている。
【００３４】
このように構成された補修装置を利用してガイドリング２０上の面６０ｂを補修する場合には、先に説明した例と同様に、ガイドリング２０をピット５０内に固定する。そして、円軌道の中心軸がガイドレール２０の中心軸と一致するようにレール７を固定し、補修対象面６０ｂに正面フライス１の刃が接触するように正面フライス１及びフライス受け２の位置を調節すれば良い。これにより補修対象面６０ｂに正面フライス１を当接させることができるので、ガイドリング２０上の面６０ｂが劣化した場合にも、ガイドリング２０を工場に返送することなく、ピット５０内で精度良く補修することができる。
【００３５】
図６は、上カバー２１上の面６１ａ（垂直面）の補修方法を説明する図である。この図に示す例では、図５において台座４の上面に取り付けられていた本体３の面を台座４の側面に取り付け、さらに、フライス受け２を図５の状態から１８０度回転させている。これにより、図４及び図５の場合と同じフライス盤１５を用いながらも、補修対象面６１ａに正面フライス１を当接させている。
【００３６】
このように構成された補修装置を利用して上カバー２１上の面６１ａを補修する場合には、まず、軸受３９とガイドリング２０を水力機械から取り外す。そして、主軸３０の周りに上カバー２１と同心の円軌道をレール７で形成する。具体的には、レール７によって形成される円軌道の中心軸が上カバー２１の中心軸と一致するように、各垂直支柱１１の長さ及び各調節ネジ８のねじ込み量を適宜調節して、レール７を構成する４つのレール部品を固定する。なお、このように上カバー２１上の面を補修する場合には、ガイドリング２０は補修対象とならないので、ガイドリング２０の位置を正確に調節する必要は無い。
【００３７】
レール７を固定する手順が完了したら、レール７に台座４を取り付け、上カバー２１上の補修対象面６１ａに正面フライス１の刃が接触するように正面フライス１及びフライス受け２の位置を調節する。正面フライス１の位置合わせが完了したら、補修対象面６１ａの切削作業を開始し、適宜ハンドル５を動かしてレール７に沿って台座４を移動させ、補修対象面６１ａの真円加工を行う。これにより上カバー２１上の面６１ａが劣化した場合にも、上カバー２１を工場に返送することなく、ピット５０内で精度良く補修することができる。
【００３８】
図７は、上カバー２１上の面６１ｂ（水平面）の補修方法を説明する図である。この図に示す例では、フライス盤１５Ａを台座４に取り付けている点で先の例と異なる。フライス盤１５Ａは、図６のようにフライス受け２及び本体３を固定したフライス盤１５において、正面フライス１を他のもの（正面フライス１Ａ）に付け替えたものに相当する。正面フライス１Ａは、フライス受け２における穴１８の軸方向（正面フライス１Ａの進退方向）と直交する方向を向いており、補修対象面６１ｂに当接するように固定されている。
【００３９】
このように構成された補修装置を利用して上カバー２１上の面６１ｂを補修する場合には、先に説明した例と同様に、円軌道の中心軸が上カバー２１の中心軸と一致するようにレール７を固定し、補修対象面６１ｂに正面フライス１Ａの刃が接触するようにフライス盤１５Ａの各部を調節すれば良い。これにより補修対象面６１ｂに正面フライス１Ａを当接させることができるので、上カバー２１上の面６１ｂが劣化した場合にも、上カバー２１を工場に返送することなく、ピット５０内で精度良く補修することができる。
【００４０】
なお、上記の図３〜６に示した３つの例では、共通のフライス盤１５を使用することを前提として説明した。しかし、これらの例についても、図７に示した第４の例と同様に、各場合に最適化された専用のフライス盤を用いて補修しても良い。
【００４１】
上記の説明では、円軌道を４分の１に分割した円弧軌道を有するレール７を用いて円軌道を形成したが、ピット５０内にレール７を固定する際の作業効率等を考慮した適当な数で当該円軌道を分割しても良い。
【００４２】
上記の説明では、台座４とレール７は、台座４の逆Ｕ字型の溝にレール７の凸部をはめ込むように組み合わされているが、台座４とレール７は、必ずしもこの形状である必要はなく、台座４がレール７と離れることなく円軌道上を移動できるものであれば良い。また、台座４の移動機構６は、上記のように台座４の外部に付いている必要はなく、作業者の操作に応じて台座４の位置調節が可能な機構であれば、例えば台座４の内部に組み込まれていても良い。さらに、台座４とレール７との摺動部には、ベアリング９とベアリング１０を使用して台座４がレール７上を滑らかに移動できるようにしたが、必ずしもベアリング９，１０を使用する必要はなく、台座４とレール７とが滑らかに摺動する機構であればよい。
【００４３】
調節ネジ８は、上記のように上カバー２１をその内周側から締め付ける構造である必要はなく、例えば上カバー２１の外周側から締め付ける構造としてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１      正面フライス
２      フライス受け
３      本体
４      台座
５      ハンドル
６      移動機構
７      レール
８      調節ネジ
１１      垂直支柱
１２      水平支柱
１３      垂直支柱
１５      フライス盤
１６      ギア溝
１７      ギア
２１      上カバー
３０      主軸
３２      ガイドベーン
４０      ライナ
５０      ピット
６０      補修対象面
６１      補修対象面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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